Интегрированный рабочий процесс для изучения промоторно-ориентированной пространственно-временной архитектуры генома в дефицитных клеточных популяциях
21 апреля 2023 г.
Экспрессия генов регулируется взаимодействием промоторов генов с дистальными регуляторными элементами. Здесь мы рассмотрим, как низкий входной захват Hi-C (liCHi-C) позволяет идентифицировать эти взаимодействия в редких типах клеток, которые ранее не поддавались измерению.
С liCHi-C главный вопрос, на который мы пытаемся ответить, заключается в том, как хроматин взаимодействует в ядре, и, следовательно, понять новый слой регуляции генов. С помощью liCHi-C мы доказали, что можем исследовать организацию генома данного образца, связывать некодирующую мутацию, связанную с заболеванием, с потенциальными затронутыми генами и обнаруживать хромосомные перестройки, такие как транслокация, например, в образцах опухолей. Теперь мы можем исследовать организацию 3D-хроматина типов рубцовых клеток, таких как первичные стволовые клетки или соответствующие клинические образцы.
Наш протокол сокращает входные материалы, а также время и затраты, необходимые для получения качественных данных для изучения организации генома с разрешением фрагмента рестрикции. liCHi-C расширяет охват области организации 3D-хроматина, позволяя нам исследовать новые типы клеток, которые ранее невозможно было проанализировать. Благодаря liCHi-C научное сообщество может исследовать особую регуляцию экспрессии генов.
Например, при злокачественной трансформации только в специфической клональной субпопуляции внутри опухоли.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании изучается, как метод Capture Hi-C с низким объемом исходного материала (liCHi-C) позволяет выявлять взаимодействия промоторов генов с дистальными регуляторными элементами в редких типах клеток. Этот метод расширяет понимание регуляции генов и взаимодействий хроматина в ядре.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Регуляция экспрессии генов
- Организация хроматина
- Анализ типов клеток
Теоретические основы
- Экспрессия генов зависит от взаимодействий между промоторами и регуляторными элементами.
- Предыдущие методы с трудом позволяли анализировать редкие типы клеток.
- Понимание взаимодействий хроматина имеет решающее значение для изучения регуляции генов.
- liCHi-C предлагает новый подход к изучению этих взаимодействий.
Цель исследования
- Для исследования взаимодействий хроматина в ядре.
- Для установления связи между некодирующими мутациями и затронутыми генами.
- Для анализа перестроек хромосом в клинических образцах.
Используемые методы
- Протокол Capture Hi-C с низким количеством исходного материала (liCHi-C).
- Исследование трехмерной организации хроматина.
- Анализ первичных стволовых клеток и образцов опухолей.
- Снижение объема исходных материалов и затрат на получение данных.
Основные результаты
- Успешная идентификация генных взаимодействий в редких типах клеток.
- Установление связи некодирующих мутаций с потенциальными генными мишенями.
- Выявление хромосомных перестроек в образцах опухолей.
- Углубленное понимание регуляции экспрессии генов при злокачественной трансформации.
Выводы
- liCHi-C расширяет возможности анализа трехмерной структуры хроматина.
- Этот метод позволяет исследовать типы клеток, которые ранее не поддавались измерению.
- Данный подход предоставляет ценные сведения о механизмах регуляции генов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Метод liCHi-C обеспечивает высокоразрешающее картирование хроматиновых взаимодействий с центрированием на промоторах в редких или клинически значимых популяциях клеток, преодолевая существовавшие ранее ограничения по количеству исходного материала. Эта возможность повышает точность прогнозирования связи некодирующих мутаций и структурных изменений генома с регуляцией генов, что оказывает прямое влияние на ранние этапы открытий и трансляционные исследования. Данный метод способствует принятию взвешенных по рискам портфельных решений, предоставляя практически значимые данные об архитектуре регуляции генов в системах, релевантных для конкретных заболеваний.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать генные регуляторные сети в дефицитных или первичных типах клеток.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней путем картирования взаимодействий энхансер-промотор с разрешением до уровня рестрикционных фрагментов.
- Способствует механистическому снижению рисков путем связывания некодирующих мутаций с предполагаемыми генами-мишенями.
- Повышает достоверность прогнозов при определении мишеней в контексте соответствующих заболеваний.
Скрининг и разработка метода анализа
- Позволяет создавать валидированные карты взаимодействий хроматина для последующего проведения функциональных геномных анализов.
- Стандартизирует сбор данных из образцов с низким содержанием материала, обеспечивая воспроизводимость результатов в различных экспериментах.
- Обеспечивает количественную оценку изменений архитектуры хроматина в ответ на внешние воздействия.
- Поддерживает масштабируемые рабочие процессы для работы с редкими популяциями клеток и клиническими образцами.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет данные о взаимодействиях хроматина с соответствующими биомаркерами заболеваний и геномными изменениями.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации в первичных тканях и образцах опухолей.
- Позволяет выявлять хромосомные перестройки, такие как транслокации, в условиях клинических исследований.
- Поддерживает принятие обоснованных с учетом рисков решений о дальнейшем продвижении за счет выяснения регуляторных механизмов в моделях заболеваний.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
liCHi-C интегрируется в континуум от фундаментальных открытий до доклинических исследований, обеспечивая картирование хроматина с акцентом на промоторы в редких типах клеток, что поддерживает как гипотетические, так и поисковые исследования.
- Открытия в биологии: Облегчает проверку гипотез о регуляции генов и организации хроматина в первичных и патологически значимых клетках.
- Скрининг: Обеспечивает воспроизводимые количественные данные о взаимодействиях хроматина для разработки методов анализа и оценки соединений.
- Аналитика: Предоставляет данные высокого разрешения для сравнения состояний хроматина и выявления связей между регуляторными элементами и генами.
- Трансляционные исследования: Связывает изменения архитектуры хроматина с механизмами заболеваний и разработкой биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: Создает воспроизводимый рабочий процесс для изучения взаимодействий хроматина в различных типах клеток и при использовании разных исходных образцов.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозирования при картировании регуляции генов и валидации мишеней.
- Операционная ценность: снижает требования к количеству исходного материала, затраты и потери ресурсов, что делает возможным проведение исследований на дефицитных образцах.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о целесообразности дальнейшей разработки («go/no-go») за счет уточнения регуляторных механизмов в системах, релевантных для заболевания.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации мишеней и моделей для дальнейшего продвижения с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Требуется экспертный опыт в области биологии хроматина и современных рабочих процессов геномики.
- Необходим доступ к инфраструктуре для высокочувствительной подготовки библиотек и секвенирования.
- Требуется строгая стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости при работе с малым количеством исходного материала.
- Может потребоваться адаптация для различных типов клеток или форматов клинических образцов.
- Практические ограничения включают чувствительность к качеству исходного материала и риск потери материала при работе с редкими образцами.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:44
Lysis and Digestion of Scarce Cells
2:54
Ligation and Decrosslinking of Scarce Cell DNA
3:55
Sonication and Biotin Pull‐Down of Scarce Cells DNA
5:36
"dATP‐Tailing, Adapter Ligation,and PCR Amplification of Scarce Cell DNA"
9:04
"Library Capture, Biotin Pull‐Down, and PCR Amplification Using Scarce Cell DNA Library"
